🗊Презентация Электрическая дуга

Электрическая дуга Ионизация - процесс отделения от нейтрали частиц одного или нескольких электронов и образование вследствие этого электронов и положительно заряженных частиц (ионов). Термическая ионизация - это процесс ионизации под воздействием высоких температур. Электронная эмиссия – процесс выхода электронов из твердых или жидких тел. Термоэлектронная эмиссия – электронная эмиссия, обусловленная исключительно тепловым состоянием (температурой) твердого или жидкого тела, испускающего электроны. Автоэлектронная (электростатическая, холодная) эмиссия – эмиссия электронов, обусловленная исключительно наличием у поверхности тела сильного электрического поля, ускоряющего выходящие электроны. Рекомбинация - это процесс образования нейтральных частиц газа за счет положительных ионов и электронов. Диффузия - это процесс выноса заряженных частиц из межэлектродного промежутка в окружающее пространство. Интенсивность гашения дуги будет определяться интенсивностью этих процессов.

Виды электрического разряда в газах Несамостоятельный разряд – электрический разряд, требующий для своего поддержания образования в разрядном промежутке заряженных частиц под действием внешних факторов. Самостоятельный разряд – электрический разряд, существующий под действием приложенного к электродам напряжения и не требующий для поддержания образования заряженных частиц за счет действия других внешних факторов.

ВАХ самостоятельного разряда I – темный разряд II - нормально тлеющий разряд III - аномально тлеющий разряд IV - переходная область- переход от тлеющего разряда к дуговому V - область дугового разряда

Электрическая дуга

Области дугового разряда

Статистическая и динамическая ВАХ дуги При каждом значении установившегося постоянного тока устанавливается тепловой баланс

Условия стабильного горения и гашения дуги постоянного тока

Перенапряжение на контактах Напряжение на контактах в момент прохождения тока через 0 называется напряжением гашения дуги. U = Uд + iR + Ldi/dt в момент i = 0: U = Ldi/dt + Uг.д. Uг.д. = U – Ldi/dt Гашение дуги идёт с уменьшением тока: Ldi/dt < 0 (отрицательная величина) и Увеличение напряжения на контактах относительно напряжения источника называется перенапряжением. Оно тем больше, чем больше индуктивность электрической цепи и чем больше скорость изменения тока. Коэффициент перенапряжения: Напряжение на контактах может в десятки раз превысить напряжение сети, что опасно для изоляции. Поэтому гашение дуги нужно проводить быстро.

Условия гашения дуги переменного тока при активной нагрузке

Способы гашения дуги Гашение дуги в вакууме Высокоразреженный газ обладает электрической прочность в десятки раз большей, чем газ при атмосферном давлении. Используется в вакуумных контакторах и выключателях. Гашение дуги в газах высокого давления Воздух при давлении 2 МПа и более обладает высокой электрической прочностью, что позволяет создать компактные гасительные устройства в воздушных выключателях. Эффективно также использование шестифтористой серы SF6 (элегаза) для гашения дуги.

Способы гашения дуги Гашение дуги в узких щелях

Способы гашения дуги Газовоздушное дутье

Электромагнитные механизмы (ЭММ)

Электромагниты постоянного тока Необходим магнитный поток в рабочем зазоре для создания условия Fм > Fп. Электромагнитный поток создаётся обмоткой постоянного тока. Тяговая статическая характеристика (усилие притяжения якоря) – это зависимость силы магнитного притяжения от величины зазора т.е. сила магнитного притяжения обратно пропорциональна величине зазора.

Согласование характеристик тягового усилия и противодействующих пружин

Динамика срабатывания электромагнитов постоянного тока

Замедление действия электромагнита

Электромагниты переменного тока Параметры и характеристики аналогичны электромагнитам постоянного тока. Основное отличие в характере силы магнитного притяжения: ток, протекающий по катушке, изменяется по синусоидальному закону, соответственно, магнитный поток синусоидален и сила магнитного притяжения также изменяется по гармоническому закону. Чтобы якорь притянулся необходимо, чтобы среднее значение Fм было больше силы противодействующих пружин Fп + Fкп: Fм > Fп + Fкп Существуют моменты времени, когда Fм < Fп + Fкп, что приводит к вибрации якоря и шум при работе электромагнита переменного тока.

Меры по устранению вибраций 1.Создание массивного якоря. Недостаток: увеличивается время срабатывания электромагнитного механизма. 2.Использование короткозамкнутых витков, расщепляющих полюс якоря. На большую часть полюса насаживается короткозамкнутый виток. Поток Ф2, проходящий под этой частью полюса будет отставать от Ф1 на 60 ÷65°. Средняя сила Fм становится на всем протяжении больше силы, противодействующей пружины, и вибрация не возникает.

Недостатки электромагнитов переменного тока При заданной площади полюсов средняя сила тяги в два раза меньше чем у электромагнитов постоянного тока: Fм~ = Fм= / 2 Потребляется (требуется) реактивная мощность. Электромагнитная сила зависит от частоты Fм = Ф2 / 2μ0S = U2 / 2 μ0W2ω2 Магнитопровод обязательно выполняется шихтованным, т.е. выполнен из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга. Возникают дополнительные потери в магнитопроводе и короткозамкнутом витке. Электромагниты переменного тока менее экономичны. В связи с этим, часто используют электромагниты постоянного тока.

Классификация электромагнитных механизмов 1.По роду тока, протекающего по катушке: постоянного тока; переменного тока. 2.По способу включения катушки: с параллельной катушкой. Ток в катушке определяется параметрами катушки и напряжением, подводимым к ней. Катушка выполняется с большим числом витков из тонкого проводника с большим сопротивлением. Ток, протекающий по ней, незначителен, поэтому применяют кнопку. - с последовательной катушкой. Ток в катушке определяется сопротивлением устройства, которое включено последовательно в цепь электромагнита . 3. По характеру движения якоря: поворотные (якорь поворачивается вокруг оси или опоры); прямоходовые (якорь перемещается поступательно). 4.По способу действия: - притягивающие (совершая определённую работу притягивают якорь); - удерживающие (для удержания грузов(защёлка расцепителя)).

Электромагнитные устройства Электромагниты – электрические аппараты дистанционного управления, предназначенные для преобразования магнитной энергии в механическую. Используются как самостоятельный аппарат (для управления различными устройствами и механизмами; для создания силы при торможении движущихся механизмов; для удержания деталей на шлифовальных станках, при подъеме грузов), так и как элемент привода других аппаратов (электромагнитных реле, пускателей и контакторов). Электромагнитные муфты – электрические аппараты дистанционного управления, предназначенные для переключения кинематических цепей в передачах вращательного движения металлорежущих станков, а также для пуска, реверса и торможения приводов станков. Подразделяются на фрикционные, ферропорошковые и гистерезисные. Электромагнитные тормозные устройства – электромагнитные аппараты дистанционного управления, предназначенные для фиксации положения механизма при отключенном электродвигателе. Подразделяются на колодочные, дисковые и ленточные.   Электромагнитные реле, пускатели и контакторы

Аппараты распределительных устройств низкого (до1000 В) напряжения 1. Предохранители. 2. Неавтоматические выключатели. 3.Автоматические воздушные выключатели (автоматы). 4.Трансформаторы тока (ТТ). 5.Низковольтные комплектные устройства (НКУ).

Плавкие предохранители Предназначены для защиты электрических сетей от токов перегрузок и токов КЗ. Это «пионеры» защиты электроцепей. Достоинства: Дешевизна. 2. Простота конструкции. Недостатки: Необходимость замены плавких вставок после перегорания. Неустойчивость защитных характеристик. Стареют с течением времени (ложные сгорания). При однофазном КЗ отключается одна фаза, две фазы остаются в работе. Не защищают двигатели от перегрузок (необходимость тепловых реле). Применение некалиброванных вставок (проволоки, другие вставки) Отсутствует наглядность срабатывания вставки, для ее проверки необходимо использовать токоискатели или вольтметр; При увлажнении заполнителя-песка возможны взрывы предохранителей, поэтому в момент включения необходимо их ограждать.

Группы предохранителей по назначению Общепромышленного применения - для защиты силовых электродвигателей, трансформаторов, внутрицеховых сетей и других потребителей Сопутствующие - для защиты силовых полупроводниковых приборов, работают совместно с автоматическим выключателем (фактически токовый расцепитель выключателя) Приборные - для защиты измерительных приборов, устройств радиоэлектронной техники и связи Столбовые - для защиты сельских электросетей Бытовые - для защиты электропроводок Для транспортных установок.

Классификация предохранителей Распространенные материалы плавкой вставки - медь, серебро, цинк, алюминий, свинец, легкоплавкие сплавы. Корпус плавкой вставки (патрон) - электроизоляционный материал (стекло, керамика, фарфор). Наполнение – пустотелый; мелкодисперсный оксид кремния Si02 (кварцевый песок); карбонат кальция СаСО3 (мел). Типы предохранителей по конструкции держателя: • разборные - допускают замену плавких вставок после срабатывания на месте эксплуатации; • неразборные - замене подлежит вся плавкая вставка вместе с патроном. Предохранители по конструкции контактов держателя плавкой вставки: • с ножевым (врубным) контактом - плавкая вставка вставляется в губки контактов основания ; • с болтовым контактом; • с фланцевым контактом - плавкая вставка устанавливается на токопроводящую поверхность перпендикулярно. Форма корпуса держателя (патрона) плавкой вставки: полая цилиндрическая или полая призматическая.

Диапазоны отключения и категории применения gG – плавкие вставки общего назначения с отключающей способностью во всем диапазоне (при перегрузках и КЗ) gM – плавкие вставки для защиты цепей двигателей с отключающей способностью во всем диапазоне aM – плавкие вставки для защиты цепей двигателей с отключающей способностью в части диапазона (при КЗ) gD – плавкие вставки с задержкой времени, с отключающей способностью во всем диапазоне g - отключающая способность во всем диапазоне a - отключающая способность в некоторой части диапазона

Конструкции предохранителей а – плавкая вставка 1 – патрон; 2 – контактные ножи; 3 – металлические щечки; 4 – флажки для монтажа и демонтажа б – держатель предохранителя 1 – клемма (болт) подключения; 2 – губки контактные; 3 – изоляционное основание в - устройство экстракции (съема) предохранителя

Конструкция предохранителя ПР-2

Конструкция предохранителя ПН-2 (ПНБ-2)

Новая конструкция предохранителя пробочного типа

Характеристики и параметры предохранителей I н.пр. ≥ I н.вст .

Ампер - секундная характеристика - это зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока

Быстродействие По виду защитной времятоковой характеристики - инерционные, нормального быстродействия и быстродействующие предохранители. Быстродействие предохранителя характеризуется его преддуговым временем t при токе нагрузки, равном пятикратному номинальному 5In. t = k√In Время t определяется по времятоковой характеристике. k ≥ 1 – предохранитель инерционного типа (не применяется); k = 0,01-1 - предохранитель нормального быстродействия; k < 0,01 - предохранитель быстродействующий.

Конструкции плавких вставок и токоограничение Плавкая вставка переменного сечения с n сужениями Параллельные элементы плавкой вставки Применение металлургического эффекта Температуры плавления плавкой вставки: для меди - 1 083 оС, для серебра - 961 °С, для алюминия – 660 °С, для цинка - 420 °С, для свинца - 327 оС, для олова - 232 °С. Применение наполнителей (высокая скорость нарастания напряжения на предохранителе приводит к токоограничивающему эффекту)

Расчет и выбор предохранителей Iном.п ≥ Iр, Iном.пв ≥ Iр, Iном.п ≥ Iном.пв Для одного электроприемника: а) для двигателя Ip = Iн = Р/√3Uн cosφ η б) для сварочных машин и аппаратов, преобразовательных установок Ip = Iн = Sнт/√3Uн в) для осветительных установок Ip = Iн = Sосв/√3Uн 2. Для группы электроприемников (не более 3) Iр = Iн1 + Iн2 + Iн3 3. Для группы электроприемников (более 3) Iр = Кнм∑Iн kнм - коэффициент, учитывающий несовпадение максимумов нагрузки электроприемников, kнм = 0,85 – 1 (для промышленных предприятий) Во избежание чрезмерного перегрева плавких вставок, окисления их поверхностей, быстрого старения: Iнв ≥ Iпик / α, Iпик = Iпуск = kпIн а) для группы электроприемников (не более 3) Iпик = Iн1 + Iн2 + Iпуск.max б) для группы электроприемников (более 3) Iпик = (Iр∑ – kиIн) + Iпуск.max

Параметры предохранителей

Селективность Проверка плавких вставок осуществляется по t = f (I)

Защищаемость kIдоп ≥ Iнв

БЛОК "ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ-ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ" Блок представляет собой трехфазный коммутационно-защитный аппарат с номинальным током до 1000 А с двойным разрывом цепи, выполненный совместно с приводом в одном конструктивном элементе. В аппарате типа БПВ включение и отключение осуществляется патронами предохранителей типа ПН-2, вмонтированными в рычажный привод.  

Неавтоматические выключатели 1) Рубильник. 2) Переключатели. 3) Пакетные выключатели.

Рубильник рычажного типа

Неавтоматические выключатели Неавтоматические выключатели переменного и постоянного тока до 1000 В предназначены: 1) для изолирования отдельных частей электроустановки, участка сети от напряжения для безопасного ремонта; 2) для включения и отключения электрических цепей в нормальных режимах при рабочих токах, не превышающих 0,2-1,0 номинального продолжительного тока выключателя (в зависимости от конструкции). Дугогасительные устройства, как правило, отсутствуют.

Interpact INS / INV 40-2500 A